網絡互連互通下數控裝備的發展及應用

■ 中國重汽集團濟南橋箱有限公司 （山東濟南 250022） 劉勝勇

高級工程師 劉勝勇

數控裝備是以計算機數控階段的數控系統為平臺，通過微處理器、可編程序控制器和外圍電路等裝置的彼此交互，經數字化電信號對工作母機的運行過程進行自動控制的裝備。在工業互聯網的高速發展與普遍應用下，其既附加有數字通信、數字控制和智能分析等裝置/模塊，還嵌入數據采集、推理、決策與可視化等產品。這使得先進制造技術、信息技術和智能技術不斷集成及深度融合，進而構建一種兼有柔性化、數字化、網絡化和智能化特點的全新制造模式——智能制造。

1. 元器件具備網絡通信功能

先前，PLC、HMI、變頻驅動器和伺服放大器等元器件間的數據傳遞及其與外設PC的數據通信，既有三線制全雙工的近距離點到點的RS232串行異步傳輸（見圖1a），也有兩線制半雙工的近千米總線式RS485差分傳輸（見圖1b），還有四線制全雙工的環形/星形拓撲的RS422站間平衡通信（見圖1c）。

現今，FANUC 0iF等系統在PCMCIA插槽和RS232接口基礎上，增加了RJ45接口，以實現TCP/IP協議通信。SINUMERIK 840D solution line系統的機床控制面板MCP、操作面板OP和控制單元PCU或TCU等操作部件均通過以太網絡接口，不僅實現了NCU模塊的對接與數據實時交互，還接入了本地的系統網絡和外部的公司網絡，如圖2所示。

圖1 RS232、RS485和RS422

圖2 SINUMERIK 840D solution line系統的操作部件連接

2. 數控裝備網絡連通與監視

隨著信息技術和制造能力的不斷增強，越來越多的元器件被賦予網絡通信功能。這不僅拓寬了數控裝備的網絡連通度，也增強了數控裝備的遠程診斷深度，還促進了切削過程的實時監視。

圖3所示為EMAG VL8倒立式車床的以太網絡示意。其中，FANUC 31i系統與EMAG操作面板經交叉網線和菲尼克斯路由器通信，刀具監控數據經由TCP/IP協議實時傳遞進CNC系統中，上位機可經客戶端網絡提取機床運行數據及遠程診斷CNC和PMC，FL-net設備經RJ45接口和路由器等連接至快速以太網板的CD38N口。

圖4所示為熱處理后錐齒輪副生產線布局及過程監控。為方便操作者監視機器人與圍欄內5臺CNC機床的裝卸工況及切削過程，特配置一套以太網直連的?？低?路帶屏高清監控裝置，其部件有7808NB-K1/C錄像機1件、2TB硬盤1件、400萬像素2CD3T46WD攝像頭6件、POE交換機1件及監控支架和交叉網線，數據存儲格式為H.265編碼。類似的監控裝置已布置于現場的兩條從動輪柔性線、兩條主動輪柔性線和1條輸入軸生產線，各自生產過程做到全程可視化監視。

3. 互聯網平臺多機規模集成

隨著互聯網絡基礎建設全面提速，更多的數控裝備、復雜的工件廓形、耦合的刀具形狀、可視的生產狀態、完備的全項測量和誤差的實時校正等組件，通過低延遲多節點的互聯網絡，陸續地融入數字化生產中。

圖3 EMAG VL8倒立式車床的以太網絡示意

圖4 熱處理后錐齒輪副生產線布局及過程監控

圖5 所示為錐齒輪副數字化車間網絡拓撲，13臺數控機床經以太網交換機布置為局域網絡，各自數據存儲在服務器Evoc上，產品測量數據和機床運行工況通過TCP/IP1支路傳至橋箱智造JMES中。其中，KiMos5設計中心既會對主、從動齒輪進行齒數、軸交角和螺旋角等宏觀幾何地標準計算，也會對嚙合過程進行接觸分析以及給定齒根彎曲應力和壓力分布分析，隨后經由inhalt.dat和machine.dat等文件，形成工作母機C50、B27、P65和CS200所需的中性數據；P65測量中心在數字式三維測頭的實時監測下，既能將優化的刀條數據反饋至兩臺B27磨刀機中，也能將優化的主、從動齒輪的形貌等數據反調（Komet）進8臺C50切齒機內。

4. 互聯網下大數據實時共享

工業互聯網作為新一代信息技術與工業經濟深度融合的全新經濟生態、關鍵基礎設施和新型應用模式，通過人、機、物的全面互聯，實現全要素、全產業鏈及全價值鏈的所有連接。例如，物料供應、設備運行、能量利用、產品質量、財務報表、生產控制、訂單管理和售后反饋等眾多數據，均可實時圖形化顯示在互聯網平臺的可視化終端上。大數據實時共享離不開工業通信網關、物聯網模組、交換機、光纖接入設備以及網絡化數控裝備等硬件設施，也離不開工業無線、專線等網絡服務和標識解析，更離不開數控裝備側的網絡互連互通的正確設置。

在圖5所示的錐齒輪副數字化車間內，KiMos5中性數據和P65反調數據經存儲路徑設定后，全部緩存于服務器Evoc的database庫，C50、B27和CS200直接經以太網絡讀取該database庫內數據即可。

Win7版P65的路徑設定步驟：經密匙klsys進入Win管理員賬戶后，在[MAIN MENU]主畫面下經右側小鍵盤依次輸入密匙＋、－、×、÷，使主畫面呈現“（F）Setup Menue”調試欄目。光標選中該欄目后回車，進入[Set up of the scheduled data interface]設置計劃數據接口畫面（見圖6）。根據畫面下方軟鍵提示，找到反調數據庫Komet database的存儲路徑，將先前本地存儲路徑“C:DATABASE”改為遠程服務器存儲路徑“Y:”，保存并退出。返回主畫面后光標選中“（D）KOMET”，或是計算機桌面經鼠標點選KOMET圖標，均可打開C50數據校正軟件KOMET。隨后，經KOMET右上角扳手按鈕，進入設定項[Options]，新增KiMos databases的遠程服務器存儲路徑“Y:”。

圖5 錐齒輪副數字化車間網絡拓撲

WinXP版P65的路徑設定步驟：先將設置計劃數據接口畫面中“C:DATABASE”改為遠程服務器存儲路徑“Y:”；再找到C盤根目錄下KOMET文件夾內KOMET.ini初始文件，經記事本格式打開后，修改目錄[Directories]列數據庫database值，即本地存儲路徑“C:DATABASE”改為遠程服務器存儲路徑“Y:”，保存后主畫面內輸入RUN并執行，以退出“（F）Setup Menue”調試欄目。

B27的路徑設定步驟：退出B27程序畫面并進入B27管理員主界面后，經光標選擇管理項欄目[Administrative work]，輸入密匙kl1111轉至Win桌面。經鼠標點選Tools下拉菜單的Map Network Drive，設定映射網絡驅動器I，文件夾為遠程服務器存儲路徑“\EvocC”，勾選“登陸時重新連接”。通過路徑C:B27_PCAPPB27_ADM找到B27.ini初始文件，經記事本格式打開后，設定目錄[KiMOS]列外部路徑ExtPath值為“I:”，保存并退出。B27數據共享路徑設定相關畫面，如圖7所示。

C50的路徑設定步驟：在COP32切齒畫面下，經[選項]下拉菜單進入[數據庫]對話框，設定名稱為LAN1以及目錄為\EvocCdatabase，依次點擊按鍵[應用]、[測試]和[確定]。P65實際測量C50切齒產品，遠程反調該C50。COP32側經[文件]下拉菜單進入[載入修正數據]對話框，經鼠標點擊[新建修正數據]欄內黑色按鈕“網絡1”，變灰色即為修正完。C50數據共享路徑設定相關畫面，如圖8所示。

圖6 Win7版P65的設置計劃數據接口畫面

圖7 B27數據共享路徑設定相關畫面

圖8 C50數據共享路徑設定相關畫面

5. 結語

當下乃至未來一段時間內，基于大數據共享的智能制造將成為制造企業普遍追求的一個目標。信息孤島的打通離不開數控裝備的規?；?，生產、質量、財務和訂單等數據的連接，以及其關系重塑離不開工業互聯網神經中樞的普及應用，現場多系統的數據采集、數據庫關聯和用戶界面遠程控制等操作離不開數控裝備側TCP/IP協議給定與互聯網設置。更多不同層次用戶及跨行業數據拓展離不開數控裝備高端、高精、高柔下便捷、宜人化應用。當然，數控裝備生產運行中海量數據的防御系統建設也是不可忽視的一個環節，如病毒控制、監測預警、應急響應和檢測評估等。